波峰焊工藝分析及研究

波峰焊工藝分析及研究內(nèi)容第一節(jié)：概述第二節(jié)：焊接輔材第三節(jié)：波峰焊原理第四節(jié)：波峰焊工藝對元器件和印制板的基本要求第五節(jié)：波峰焊接可接受要求第六節(jié)：波峰焊接工藝中常見缺陷的形成因素及解決方法第七節(jié)：波峰焊后清潔度可接受性要求第八節(jié)：波峰焊工藝參數(shù)控制要點第九節(jié)：PCB設計對波峰焊接質量的影響第十節(jié)：無鉛波峰焊特點及對策第十一節(jié)：波峰焊機的實際操作2第一節(jié)：概述波峰焊接是我們生產(chǎn)裝配過程中的一道非常關鍵的工序，波峰焊接質量的好壞直接影響著整機產(chǎn)品的質量。因此，波峰焊工序一直是生產(chǎn)過程中重點控制的關鍵工序之一。3第一節(jié)：概述純手工插件波峰焊接單面貼裝單面插件波峰焊接雙面貼裝單面插件波峰焊接點紅膠貼裝插件波峰焊接常見的波峰焊接方式4第一節(jié)：概述圖為點了紅膠的PCB板5第二節(jié)：焊接輔材1.焊料

a）有鉛錫條成份：由錫和鉛組成的共晶化合物，Sn：63%、Pb：37%；熔點：183°C；公司目前使用的型號有：

重慶榮昆

Sn63/Pb37

b）無鉛錫條成份：由錫、銀和銅組成的合金化合物，Sn：99.7%、Cu：0.3%

熔點：217°C；

公司目前使用的型號有：重慶榮昆Sn：99.7%、Cu：0.3%6第二節(jié)：焊接輔材2.助焊劑的成份和分類主要成份：有機溶劑、松香樹脂及其衍生物、合成樹脂表面活性劑、有機酸活化劑、防腐蝕劑、助溶劑、成膜劑。簡單地說是各種固體成份溶解在各種液體中形成均勻透明的混合溶液，其中各種成份所占比例各不相同，所起的作用也不同。例如我們公司所使用的就只都是深圳同方電子新材料有限公司的TF-800H這一款。7第二節(jié)：焊接輔材3.助焊劑的作用去除被焊金屬表面的氧化物；促使熱從熱源向焊接區(qū)傳遞；降低融熔焊料表面張力,增強潤濕性；防止焊接時焊料和焊接面的再氧化；8第二節(jié)：焊接輔材4.助焊劑的特性要求熔點比焊料低；黏度和比重比熔融焊料小，容易被置換，不產(chǎn)生毒氣。焊劑的比重可以用溶劑來稀釋；水清洗、半水清洗和溶劑清洗型助焊劑要求焊后易清洗；常溫下儲存穩(wěn)定；9第三節(jié)：波峰焊原理下面以雙波峰焊機為例來說說波峰焊原理我公司所使用的則是勁拓公司的波峰焊機10第三節(jié)：波峰焊原理工裝傳輸方向噴涂助焊劑預熱1區(qū)預熱2區(qū)熱補償?shù)?、2波峰冷卻傳感器工作流程圖11第三節(jié)：波峰焊原理噴涂助焊劑

已插完成元器件的電路板，將其嵌入治具，由機器入口處的接駁裝置以一定的傾角和傳送速度送入波峰焊機內(nèi)，然后被連續(xù)運轉的鏈爪夾持，途徑傳感器感應，噴頭沿著治具的起始位置來回勻速噴霧，使電路板的裸露焊盤表面、焊盤過孔以及元器件引腳表面均勻地涂敷一層薄薄的助焊劑。12第三節(jié)：波峰焊原理PCB板預加熱

進入預熱區(qū)域，PCB板焊接部位被加熱到潤濕溫度，同時，由于元器件溫度的升高，避免了浸入熔融焊料時受到大的熱沖擊。預熱階段，PCB表面的溫度應在75~110℃之間為宜。預熱的作用：①助焊劑中的溶劑被揮發(fā)掉，這樣可以減少焊接時產(chǎn)生氣體；②助焊劑中松香和活性劑開始分解和活性化，可以去除印制板焊盤、元器件端頭和引腳表面的氧化膜以及其它污染物，同時起到保護金屬表面防止發(fā)生高溫再氧化的作用；③使PCB板和元器件充分預熱，避免焊接時急劇升溫產(chǎn)生熱沖擊損壞PCB板和元器件。13第三節(jié)：波峰焊原理溫度補償進入溫度補償階段，經(jīng)補償后的PCB板在進入波峰焊接中減小熱沖擊。第一波峰（高波）第一波峰是由狹窄的噴口噴出的波峰，流速快，對治具有影陰的焊接部位有較好的滲透性。同時，高波向上的噴射力可以使焊劑氣體順利排出，大大減少了漏焊及垂直填充不足的缺陷。

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第二波峰（平波）第二波峰是一個“平滑”波，焊錫流動速度慢，能有效去除端子上的過量焊錫，使所有的焊接面潤濕良好，并能對第一波峰所造成的拉尖和橋接進行充分的修正。第三節(jié)：波峰焊原理高波平波波峰形狀圖15

冷卻階段

過完波峰以后，通過風扇將PCB板冷卻。

第三節(jié)：波峰焊原理16第三節(jié)：波峰焊原理焊點的形成過程

當PCB進入波峰面前端A處至尾端B處時PCB焊盤與引腳全部浸在焊料中被焊料潤濕，開始發(fā)生擴散反應，此時焊料是連成一片（橋連）的。當PCB離開波峰尾端的瞬間，由于焊盤和引腳表面與焊料之間金屬間合金層的結合力（潤濕力），使少量焊料沾附在焊盤和引腳上，此時焊料與焊盤之間的潤濕力大于兩焊盤之間焊料的內(nèi)聚力，使各焊盤之間的焊料分開，并由于表面張力的作用使焊料以引腳為中心，收縮到最小狀態(tài)，形成飽滿、半月形焊點。相反，如果焊盤和引腳可焊性差或溫度低，就會出現(xiàn)焊料與焊盤之間的潤濕力小于兩焊盤之間焊料的內(nèi)聚力，造成橋接、漏焊或虛焊。

PCB與焊料波分離點位于B1和B2之間某個位置，分離后形成焊點。17第三節(jié)：波峰焊原理波峰焊接溫度曲線原理圖

焊接區(qū)預熱區(qū)

183℃115℃75℃冷卻區(qū)說明:1.預熱溫度:70-115o時間:75–130S升溫速率:<3o/Sec2.錫爐峰值溫度:>=210o,焊接時間:3–6S3.冷卻速率:<3o/Sec4.鏈速:1600–1900mm/min18第三節(jié)：波峰焊原理

免清洗助焊劑在波峰焊接中的作用機理

波峰焊接區(qū)預熱區(qū)噴涂助焊劑區(qū)（低沸+高沸）溶劑+活性物質在較低的溫度下，活性劑被樹脂包裹著，對外表現(xiàn)的活性很弱。溶劑中加入低沸溶劑的目的主要是為改善助焊劑在噴涂過程中的流動性助焊劑膜形成區(qū)殘余高沸溶劑隨釬料流入錫爐后揮發(fā)。活性物質由載體（低沸+高沸）溶劑攜帶流布在PCB焊接面上，當載體中沸點溶劑揮發(fā)后，剩下由高沸溶劑繼續(xù)包覆PCB表面形成活性物質的載體和PCB保護膜。隨著預熱溫度的升高，活性物質逐漸趨近于活性溫度。A區(qū)隨著溫度的不斷升高，樹脂破裂后，釋放出活性化學物質凈化被焊金屬表面，達到潤濕目的。B區(qū)當溫度升到焊接溫度后，活性劑分解，只要此區(qū)域所經(jīng)歷的時間足夠，活性劑就能分解殆盡，最后剩下一部分殘留的高沸溶劑覆蓋在PCB表面。C區(qū)殘余的高沸溶劑覆蓋在脫離區(qū)釬料表面隔絕了空氣，降低了脫離區(qū)釬料表面張力。D區(qū)活性劑分解剩下的高沸溶劑繼續(xù)揮發(fā)?；钚詣┓纸獾头悬c溶劑揮發(fā)高沸點溶劑+活性劑19

第四節(jié)：波峰焊工藝對元器件和印制板的基本要求

如采用短插一次焊工藝，焊接面元件引腳露出印制板表面；基板應能經(jīng)受260℃/50s的耐熱性，阻焊膜在高溫下有足夠的粘附力，焊接后阻焊膜不起皺；印制電路板翹曲度小于0.8-1.0%；對于貼裝元器件采用波峰焊工藝的印制電路板必須按照貼裝元器件的特點進行設計，元器件布局和排布方向應遵循較小的元件在前和盡量避免互相遮擋的原則。20第五節(jié)：焊接可接受性要求良好的焊點（摘自IPC-A-610D）

圖5-1圖5-221第五節(jié)：焊接可接受性要求可接受焊點

錫銀銅焊料錫鉛焊料22波峰焊接是產(chǎn)生PCB組件缺陷的主要原因，在整個組裝過程中它引起的缺陷高達50%。當PCB有上千個焊點時，焊接必須要有很高的成功率才行。波峰焊接過程中基本上都是在PCB上來進行的，因此在PCB上焊接缺陷主要反映在虛焊、焊點輪廓不良、連焊、拉尖、空洞、暗色焊點或顆料狀焊點等方面。第六節(jié):波峰焊接工藝中常見缺陷的形成因素及解決方法6.1波峰焊接中存在的缺陷

23第六節(jié):波峰焊接工藝中常見缺陷的形成因素及解決方法6.2影響波峰焊接效果的一些主要因素：預熱條件冷卻方式冷卻速度基板材料基板厚度元器件熱容量圖形大小圖形間隔保管狀態(tài)保管時間包裝狀態(tài)搬運狀態(tài)技術水平責任心工作態(tài)度家庭狀態(tài)人際關系社會狀態(tài)心情灰塵室溫照明噪音濕度振動存放波峰焊接效果引線和孔徑引線和焊盤直徑圖形密度圖形形狀圖形方向安裝方式潔凈度成形方法表面狀態(tài)線徑伸出長度引線種類鍍層組織鍍層厚度潔凈度預涂焊劑表面狀態(tài)鍍層組織鍍層厚度鍍層密合度鍍層表面狀態(tài)鉆孔狀態(tài)涂覆法成份溫度粘度涂覆量潔凈度成份溫度雜質焊料量預熱條件冷卻方式冷卻速度基板材料基板厚度元器件熱容量設計波峰焊接環(huán)境儲存和搬運操作者元器件引線PCB溫度條件助焊劑焊料傳送速度噴流速度噴流波形夾送傾角浸入狀態(tài)退出狀態(tài)壓錫深度鉆孔狀態(tài)波峰平穩(wěn)度24第六節(jié):波峰焊接工藝中常見缺陷的形成因素及解決方法6.3焊接缺陷現(xiàn)象和形成原因及其解決辦法

虛焊焊點表面呈粗糙的粒狀、光澤差、流動性不好是虛焊的外觀表現(xiàn)。從本質上講，凡是在釬接的連接界面上未形成適宜厚度的銅錫合金層，都稱為虛焊。

在顯微組織上虛焊的界面主要是氧化層；而良好接頭界面顯微金相組織主要是銅錫合金薄層。國內(nèi)有試驗報告稱：合金層的厚度為1.3~3.5um的比較合適。這種合金的顯微組織結構，如圖6-1所示。圖6-125第六節(jié):波峰焊接工藝中常見缺陷的形成因素及解決方法溫度低熱量供給不足a）溫度低。焊點接合部的金屬不能加熱到能生層金屬化合物的最適宜的溫度；b）傳送速度過快。即使已處于最佳溫度狀態(tài)，但由于傳送速度過快，焊點接合部金屬也不能獲得足夠的熱量，接合部溫度上升不到最佳潤濕溫度區(qū)間浸潤不完善，不能形成理想的合金層。c）PCB設計不合理。導致了熱容量相差懸殊的許多零部件引線在同一時間、同一溫度下進行釬接時，將使各元器件焊點上溫度出現(xiàn)明顯的差異。熱容量大的，因吸取的熱量不足而溫度偏低，引起浸潤條件惡化形成不了理想的合金層。

（1）形成原因26第六節(jié):波峰焊接工藝中常見缺陷的形成因素及解決方法PCB或元器件引線可焊性差a）被接合的基體金屬表面氧化、污染；b）錫槽溫度過高。由于錫槽溫度過高，PCB板表面加速氧化而造成錫液表面張力增加、附著力減小，而且高溫還溶蝕了母材的粗糙表面，使毛細作用減少，漫流性下降，如圖6-2所示；波峰焊焊接中釬料槽的溫度超過270o時就可能出現(xiàn)此現(xiàn)象。圖6-227第六節(jié):波峰焊接工藝中常見缺陷的形成因素及解決方法c）錫槽溫度偏低d）焊接時間過長加熱時間增加而潤濕性變差的主要原因是由于弱潤濕現(xiàn)象所致，即當“潤濕”已經(jīng)發(fā)生，焊接面已經(jīng)產(chǎn)生合金層，但若焊料保持熔化狀態(tài)的時間過長，則金屬間化合物層會生長得太厚，而焊料對這層金屬間化合物的潤濕要比對裸露的基體金屬母材的潤濕更困難，因此在波峰焊接中焊接時間應控制在3~6S之間比較合適。如圖6-3所示：圖6-328第六節(jié):波峰焊接工藝中常見缺陷的形成因素及解決方法（2）

解決辦法a）避免用手直接觸摸PCB焊接面和元器件引線，可采取一些防護性措施（如戴手套和手指套），確?？珊感?；b）調整釬料槽的溫度，63Sn37Pb設定溫度：240~255攝氏度，Sn99.7Cu0.3設定溫度：260~270攝氏度。c）調整助焊劑的噴霧量，使其均勻地噴涂在各個焊接部位；d）合理的選擇焊接時間；e）PCB板與元器件儲存環(huán)境要求，儲存溫度：17~27攝氏度，相對濕度(RH)：30~60%；29第六節(jié):波峰焊接工藝中常見缺陷的形成因素及解決方法6.3.2不潤濕融化后的焊料不能與基底金屬（母材)形成金屬性結合。焊料沒有潤濕到需要焊盤的盤或端子上，如圖6-4所示：焊料覆蓋率不滿足具體可焊端類型的要求，如圖6-5所示：圖6-4圖6-530第六節(jié):波峰焊接工藝中常見缺陷的形成因素及解決方法基體金屬不可焊使用助焊劑的活性不夠或助焊劑變質失效表面上的油或油脂類物質使助焊劑和焊料不能與被焊表面接觸波峰焊接時間和溫度控制不當。

例如，焊接溫度過高或者與熔化焊料的接觸時間過長，金屬間化合物層長得太厚導致焊料又會剝落下來。其影響與虛焊相似。（1）

形成原因31第六節(jié):波峰焊接工藝中常見缺陷的形成因素及解決方法A、焊料過多（堆焊）

焊料在焊點上堆集過多而形成凸狀表面外形，看不見引腳輪廓，如圖6-7所示：

6.3.3

焊點的輪廓敷形焊料過多焊料焊盤PCB引腳圖6-732第六節(jié):波峰焊接工藝中常見缺陷的形成因素及解決方法B、焊料過少（干癟）

波峰焊接中焊料未達到規(guī)定的焊料量，不能完全封住被連接的導線，使其部分暴露在外。從外觀上看，吃錫量嚴重不足、干癟。如圖6-8所示：

?焊料過少圖6-833第六節(jié):波峰焊接工藝中常見缺陷的形成因素及解決方法（1）

形成原因接頭金屬表面狀態(tài)與敷形的關系

·引線表面狀態(tài)與敷形的關系

·

PCB銅箔表面狀態(tài)與敷形的關系PCB布線設計不規(guī)范與敷形的關系

·盤-線，例：大焊盤，小引線；焊盤一定而引線過粗或過長，如圖6-9所示：

·焊盤與印制導線的連接，例：盤與線不分、連片、或者盤-線相近，如圖6-10所示：

·盤-孔不同心的影響，如圖6-11所示：34第六節(jié):波峰焊接工藝中常見缺陷的形成因素及解決方法圖6-9焊點釬料液滴受力情況圖6-10焊盤與導線的連接圖6-11盤、孔不同心35第六節(jié):波峰焊接工藝中常見缺陷的形成因素及解決方法改善被焊金屬表面的表面狀態(tài)和可焊性正確地設計PCB的圖形和布線合理地調整好錫爐溫度、傳送速度、傳送傾角合理地調整預熱溫度（2）

解決辦法36第六節(jié):波峰焊接工藝中常見缺陷的形成因素及解決方法過多的焊料使相鄰線路或在同一導體上堆集，稱之為連焊或橋接?！斑B焊”現(xiàn)象是波峰焊接中最常見的多發(fā)性焊接缺陷，而且是所有波峰焊接缺陷中形因最為復雜的，如圖6-15所示：6.3.4

連焊圖6-15連焊現(xiàn)象37第六節(jié):波峰焊接工藝中常見缺陷的形成因素及解決方法常見的形成因素與解決方法38第六節(jié):波峰焊接工藝中常見缺陷的形成因素及解決方法波峰焊接后PCB上局部釬料呈鐘乳石狀或冰柱形稱為拉尖，如圖6-18所示：6.3.5拉尖（1）

形成原因焊盤氧化、污染助焊劑用量少預熱偏高、基板翹曲釬料槽溫度低傳送速度慢、釬接時間過長PCB壓錫深度過大，銅箔片太大助焊劑變質或失效釬料純度變差，雜質容量超標傳送傾角不合適圖6-18拉尖39第六節(jié):波峰焊接工藝中常見缺陷的形成因素及解決方法（2）

解決辦法凈化被焊表面調整助焊劑流量合理選擇預熱溫度調整錫槽溫度提高傳送速度調整波峰高度或壓錫深度正確管理助焊劑調整傳送傾角40第六節(jié):波峰焊接工藝中常見缺陷的形成因素及解決方法焊盤間的絕緣表面濺有小的焊料顆粒形成多余物，影響電子產(chǎn)品的正常工作，甚至造成重大事故。常見的形成因素和解決辦法，見表6-1。6.3.6

濺錫珠6.37粒狀物在焊點釬料比較薄的地方出現(xiàn)塊狀物和小顆粒，其它正常。常見的形成因素與解決方法41第六節(jié):波峰焊接工藝中常見缺陷的形成因素及解決方法

常見的形成因素與解決方法，表6-142第七節(jié):波峰焊后清潔度可接受性要求7.1殘留物

殘留物包含：助焊劑殘留物、顆粒物、氯化物、碳酸鹽、白色結晶物等。

目標，如圖7-1所示：清潔，無可見殘留物可接受：對于清洗型助焊劑，不允許有可見殘留物對于免清洗工藝，可見有助焊劑殘留物圖7-143第七節(jié):波峰焊后清潔度可接受性要求缺陷1，如圖7-2所示：組件上有灰塵和顆粒物，如：灰塵、纖維絲、渣滓、金屬顆粒等。缺陷2，如圖7-3所示：

PCB表面的白色殘留物焊接端上或周圍的白色殘留物金屬表面有白色結晶物注：只要所用化學成份產(chǎn)生的殘留物已經(jīng)通過資格認定并有文件記錄其特性是良性的，來自于免洗或其它工藝的白色殘留物是可以接收的。圖7-2圖7-344第七節(jié):波峰焊后清潔度可接受性要求7.2常見潔凈度的檢測方法：7.2.1外觀目測潔凈度符合要求的應看不到殘留物或與污染物的痕跡。

45第八節(jié)：波峰焊工藝參數(shù)控制要點8.1助焊劑涂覆量

要求在印制電路板（簡稱PCA）底面有薄薄的一層焊劑，要均勻，不能太厚，對于免清洗工藝特別要注意不能過量。焊劑涂覆量要根據(jù)波峰焊機的焊劑涂覆系統(tǒng)，以及采用的焊劑類型進行設置。焊劑涂覆方法主要有涂刷、發(fā)泡及定量噴射三種方式。公司采用的是定量噴射方式。46第八節(jié)：波峰焊工藝參數(shù)控制要點采用定量噴射方式時，助焊劑是密閉在容器內(nèi)的，不易揮發(fā)、不易吸收空氣中水分、不易被污染，因此助焊劑成分能保持不變。要點：（1）操作員每天在焊接前清潔噴頭1次，防止噴射孔堵塞。（2）噴霧控制箱上的各個調節(jié)閥條好后不要隨意變動，以免引起噴霧不良。47第八節(jié)：波峰焊工藝參數(shù)控制要點

預熱的作用將焊劑中的溶劑揮發(fā)掉，這樣可以減少焊接時產(chǎn)生氣體。焊劑中松香和活性劑開始分解和活性化，可以去除印制板焊盤、元器件端頭和引腳表面的氧化膜以及其它污染物，同時起到保護金屬表面防止發(fā)生再氧化的作用。使印制板和元器件充分預熱，避免焊接時急劇升溫產(chǎn)生熱應力損壞印制板和元器件。8.2預熱溫度和時間

48第八節(jié)：波峰焊工藝參數(shù)控制要點印制板預熱溫度和時間要根據(jù)印制板的大小、厚度、元器件的大小和多少、以及貼裝元器件的多少來確定。預熱時間由傳送帶速度來控制。如預熱溫度偏低或和預熱時間過短，焊劑中的溶劑揮發(fā)不充分，焊接時產(chǎn)生氣體引起氣孔、錫球等焊接缺陷；如預熱溫度偏高或預熱時間過長，焊劑被提前分解，使焊劑失去活性，同樣會引起毛刺、橋接等焊接缺陷。因此要恰當控制預熱溫度和時間。8.2.2預熱注意事項49第八節(jié)：波峰焊工藝參數(shù)控制要點焊接過程是焊接金屬表面、熔融焊料和空氣等之間相互作用的復雜過程，必須控制好焊接溫度和時間，如焊接溫度偏低。液體焊料的黏度大，不能很好地在金屬表面潤濕和擴散，容易產(chǎn)生拉尖和橋連、焊點表面粗糙等缺陷；如焊接溫度過高，容易損壞元器件，還會產(chǎn)生焊點氧化速度加快、焊點發(fā)烏、焊點不飽滿等問題。根據(jù)印制板的大小、厚度、印制板上搭載元器件的大小和多少來確定波峰焊溫度，有鉛波峰溫度一般為250±5℃（必須測打上來的實際波峰溫度）。由于熱量由溫度和時間決定，在一定溫度下焊點和元件受熱的熱量隨時間的增加而增加，波峰焊的焊接時間通過調整傳送帶的速度來控制，一般焊接時間為3-6s。8.3焊接溫度和時間50第八節(jié)：波峰焊工藝參數(shù)控制要點

傳送傾角一般情況下以4-7°為宜，有利于排除殘留在焊點和元件周圍由焊劑產(chǎn)生的氣體，還可以少量調節(jié)焊接時間。適當?shù)牟ǚ甯叨仁购噶喜▽更c增加壓力和流速有利于焊料潤濕金屬表面、流入小孔，波峰高度一般控制在印制板厚度的2/3處。圖8-1、圖8-2說明傳送傾角與焊接時間的關系。8.4傳送傾角和波峰高度圖8-1傳送傾角小，焊接時間長圖8-2傳送傾角大，焊接時間短51第九節(jié)：PCB設計對波峰焊質量的影響

PCB焊盤設計與排布方向（盡量避免陰影效應），以及插裝孔的孔徑和焊盤設計是否合理，也是影響波峰焊接質量的重要因素。第九節(jié)：PCB設計對波峰焊接質量的影響52第九節(jié)：PCB設計對波峰焊接質量的影響

PCB插件焊盤設計考慮的因素元件引腳直徑和鍍層厚度

PCB孔徑和金屬化鍍層厚度插裝元器件焊盤孔徑過大、過小都會影響毛細作用，影響浸潤性和填充性，孔徑過大還會造成元件歪斜或起翹。9.1元件直徑、PCB孔徑及焊盤設計53第九節(jié)：PCB設計對波峰焊接質量的影響9.1.2連接盤（焊環(huán)）（1）連接盤直徑考慮的因素：打孔偏差；焊盤附著力